Tiefseekohlenstoffreservoirs, die die Erde einmal überhitzt haben - könnte es wieder passieren?

Tiefseekohlenstoffreservoirs, die die Erde einmal überhitzt haben - könnte es wieder passieren? Tröpfchen steigen aus der Champagne Vent auf dem Meeresboden in den Marianen. Flüssigkeiten, die von der Baustelle abfließen, enthalten gelöstes Kohlendioxid. NOAA Ocean Explorer

Angesichts der wachsenden Besorgnis über den vom Menschen verursachten Klimawandel blicken viele Wissenschaftler auf Ereignisse in der Erdgeschichte zurück, die Aufschluss über die heutigen Veränderungen geben können. Wenn wir analysieren, wie sich das Klimasystem des Planeten in der Vergangenheit verändert hat, können wir besser verstehen, wie es sich in Zukunft verhalten wird.

Aus diesen Studien geht nun klar hervor, dass abrupte Erwärmungsereignisse vorliegen eingebaut in das Klimasystem der Erde. Sie sind aufgetreten, als durch Störungen der Kohlenstoffspeicherung an der Erdoberfläche Treibhausgase in die Atmosphäre freigesetzt wurden. Eine der großen Herausforderungen für Klimaforscher wie ich ist zu bestimmen, woher diese Freisetzungen kamen, bevor Menschen anwesend waren, und was sie auslöste. Wichtig ist, dass wir wissen möchten, ob ein solches Ereignis erneut auftreten kann.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie meine Kollegen Katie Harazin, Nadine Krupinski und ich entdeckte, dass am Ende der letzten Eiszeit, vor etwa 20,000 Jahren, Kohlendioxid war aus geologischen Stauseen in den Ozean freigesetzt Es befindet sich auf dem Meeresboden, als sich die Ozeane zu erwärmen begannen.

Diese Erkenntnis ist ein potenzieller Wegbereiter. Natürlich vorkommende Kohlenstoffspeicher im modernen Ozean könnten erneut gestört werden, mit möglicherweise schwerwiegenden Auswirkungen auf die Ozeane und das Klima der Erde.

Tiefseekohlenstoffreservoirs, die die Erde einmal überhitzt haben - könnte es wieder passieren? Die Erde hat in den letzten 800,000-Jahren zwischen Eiszeiten (Tiefpunkten) und warmen Zwischeneiszeiten gewechselt. Die aktuelle Klimaerwärmung erfolgt jedoch viel schneller als in der Vergangenheit. NASA

Die Vergangenheit ist Prolog

Eines der bekanntesten Beispiele für eine schnelle Erwärmung durch Freisetzung von geologischem Kohlenstoff ist das Paläozän-Eozän Thermisches Maximum, oder PETM, ein bedeutendes Ereignis der globalen Erwärmung, das vor etwa 55 Millionen Jahren stattgefunden hat. Während des PETM erwärmte sich die Erde innerhalb von etwa 9 Jahren um 16 Grad Fahrenheit (5 bis 9 Grad Celsius).

Klimaforscher betrachten das PETM nun als ein Analog für heute stattfindende Umweltveränderungen. Das PETM ereignete sich über einen längeren Zeitraum und ohne menschliche Beteiligung. Es zeigt jedoch, dass das Klimasystem instabil ist, wenn Kohlenstoff aus geologischen Lagerstätten schnell freigesetzt wird.

Wissenschaftler wissen auch, dass der atmosphärische Kohlendioxidgehalt am Ende des Jahres schnell anstieg jede der späten pleistozänen Eiszeiten, um das Klima zu wärmen. Während der letzten Erwärmungsepisode vor 17,000 Jahren erwärmte sich die Erde um 9 auf 13 Grad Fahrenheit (5 auf 7 Grad Celsius).

Das paläozäne-eozäne Thermalmaximum erwärmte den Planeten so dramatisch, dass sich tropische Regenwälder nach Norden bis in die Arktis erstreckten.

Hunderte von wissenschaftlichen Studien konnten jedoch nicht feststellen, was den raschen Kohlendioxidanstieg verursachte, der jede Eiszeit beendete. Die Forscher sind sich einig, dass der Ozean beteiligt sein muss, weil er als großer Kohlenstoffkondensator wirkt. Regulierung der Kohlenstoffmenge in der Atmosphäre. Sie suchen jedoch immer noch nach Hinweisen, um zu verstehen, wie sich die Kohlenstoffmenge im Ozean bei abrupten Klimaveränderungen auswirkt.

Seen auf dem Meeresboden

In den letzten zwei Jahrzehnten haben Meeresforscher entdeckt, dass sich am Meeresboden in den Gesteinen und Sedimenten an den Rändern der aktiven Stoffe flüssiges und festes Kohlendioxid ansammelt hydrothermale Entlüftungen. An diesen Orten trifft vulkanisches Magma aus dem Erdinneren auf überhitztes Wasser, wodurch Kohlendioxid-reiche Flüssigkeiten entstehen, die durch Spalten in der Erdkruste filtern und nach oben zur Oberfläche wandern.

Wenn eine Wolke dieser Flüssigkeit auf kaltes Meerwasser trifft, kann sich das Kohlendioxid zu einer Form verfestigen, die als Hydrat bezeichnet wird. Das Hydrat bildet eine Kappe, die Kohlendioxid in den Gesteinen und Sedimenten einfängt und verhindert, dass es in den Ozean gelangt. Bei Temperaturen über etwa 48 Grad Fahrenheit (9 Grad Celsius) schmilzt das Hydrat und setzt schwimmendes flüssiges oder gasförmiges Kohlendioxid direkt im darüber liegenden Wasser frei.

Wissenschaftler haben bisher Reservoire für flüssiges und hydratisiertes Kohlendioxid im westlichen Pazifik in der Nähe von Taiwan und im Nahen Osten dokumentiert Aegean Sea. In flacheren Gewässern, in denen die Meerestemperaturen wärmer und der Druck niedriger sind, haben Forscher reines Kohlendioxid beobachtet direkt als Gas aus Sedimenten austreten und steigt an die Oberfläche des Ozeans.

Tiefseekohlenstoffreservoirs, die die Erde einmal überhitzt haben - könnte es wieder passieren? Nahezu reine Kohlendioxidblasen steigen aus Sedimenten auf, die ein aktives hydrothermales System im westlichen tropischen Pazifik bedecken. Fotos von Roy Price mit freundlicher Genehmigung von Jan Amend, CC BY-ND

Eine Klima-Joker-Karte

Diese Entdeckungen verändern das Verständnis der Wissenschaftler für das marine Kohlenstoffsystem. Klimaforscher haben Tiefsee-Kohlenstoffspeicher nicht in aktuelle Modelle aufgenommen, die die möglichen Auswirkungen der zukünftigen Erwärmung untersuchen, da nur wenig über die Größe und Verteilung dieser Kohlenstoffquellen bekannt ist.

Tatsächlich gibt es praktisch keine Daten, die belegen, wie viel Kohlendioxid derzeit aus diesen Speichern in den Ozean freigesetzt wird. Dies macht die geologische Vorgeschichte von entscheidender Bedeutung: Sie bestätigt, dass diese Arten von Stauseen bei Störungen große Mengen Kohlenstoff freisetzen können.

Analoge Kohlenstoffspeicher wurden auch in terrestrischen Umgebungen identifiziert. In 1979, Indonesiens Dieng Vulkan erstickte 142 Menschen wenn es fast reines Kohlendioxid freigesetzt. In 1986, einem Kohlendioxid-Reservoir am Grund des Nyos-Sees in Kamerun ausgebrochen, 1,700 lokale Dorfbewohner und Hunderte Tiere tötend.

Tiefseekohlenstoffreservoirs, die die Erde einmal überhitzt haben - könnte es wieder passieren? Kuh erstickt durch Kohlendioxid beim Ausbruch des 1986-Sees in Nyos. USGS / Jack Lockwood

Kohlendioxid strömt auch um den kalifornischen Mammoth Mountain an Stellen, an denen Magma durch die Erdkruste steigt und in flachen Tiefen festsitzt. Hohe Konzentrationen an Kohlendioxid im Boden haben tötete mehr als 100 Hektar Bäume. Wissenschaftler arbeiten daran, diese zu identifizieren und zu charakterisieren andere Standorte an Land wo solche Freisetzungen auftreten könnten.

Es ist viel schwieriger, das in den Ozeansammelbecken gespeicherte Kohlendioxid zu quantifizieren. In weiten Bereichen des Meeresbodens gibt es Orte mit aktivem Vulkanismus und hydrothermaler Entlüftung. Die Wissenschaftler wissen jedoch praktisch nichts darüber, wie viel Kohlendioxid sich in den umliegenden Gesteinen und Sedimenten ansammelt. Meiner Ansicht nach ist es dringend erforderlich, die Meeresumgebungen zu untersuchen, in denen sich wahrscheinlich Kohlendioxid ansammelt, und dann zu bewerten, wie anfällig sie für Destabilisierung sein können.

Erwärmung der Ozeane, erhöhtes Risiko

Dies ist kein Unterfangen, das aufgeschoben werden sollte. Die Ozeane der Erde erwärmen sich schnell, und Klimamodelle prognostizieren, dass sie sich in der Nähe der Pole, in denen sich tiefe Strömungen bilden, am schnellsten erwärmen tragen Sie warmes Wasser von der Oberfläche nach unten.

Während dieses warme Wasser in das Innere des Ozeans sinkt, transportieren sie überschüssige Wärme zu Stellen, an denen sich Kohlendioxidspeicher bilden können. Diese wärmeren Gewässer destabilisieren schließlich die Hydratdichtungen, die flüssiges Kohlendioxid zurückhalten.

Tiefseekohlenstoffreservoirs, die die Erde einmal überhitzt haben - könnte es wieder passieren? Eine sehr große, langsame Strömung, die als thermohaline Zirkulation bezeichnet wird, transportiert warmes Wasser in die Polarregionen der Erde, wo es abkühlt und in die tiefen Ozeane sinkt. Maphoto / Riccardo Pravettoni über GRID-Arendal, CC BY-ND

Ein solches Reservoir kommt im westlichen Pazifik westlich von vor Okinawa-Trog im Ostchinesischen Meer. Die Temperatur des Grundwassers an dieser Stelle beträgt 37 bis 39 Grad Fahrenheit (3 bis 4 Grad Celsius), was bedeutet, dass der Hydratdeckel innerhalb von etwa 4 bis 5 Grad Celsius seines Schmelzpunkts liegt.

Wichtig ist, dass warme hydrothermale Flüssigkeiten von unterhalb des Kohlendioxidspeichers zur Oberfläche aufsteigen. Während sich die Ozeane weiter erwärmen, nimmt der Temperaturunterschied zwischen kaltem Ozeanwasser und wärmeren hydrothermalen Flüssigkeiten ab. Dadurch wird das Hydrat dünner, möglicherweise bis zu einem Punkt, an dem flüssiges Kohlendioxid nicht mehr austritt.

Bisher wurde nicht untersucht, ob diese ozeanischen Kohlendioxid-Reservoire anfällig für steigende Meerestemperaturen sind. Die prähistorische Aufzeichnung der Erde zeigt jedoch deutlich, dass geologische Reservoire destabilisiert werden können - und dass dies zu einem raschen Anstieg des atmosphärischen Kohlendioxids und der globalen Erwärmung führt, wenn dies der Fall ist. Meiner Ansicht nach ist dies ein wichtiges unbekanntes Risiko, das nicht ignoriert werden kann.Das Gespräch

Über den Autor

Lowell D. Stott, Professor, Universität von Südkalifornien - Dornsife-Hochschule der Buchstaben, Künste und Wissenschaften

Dieser Artikel wird erneut veröffentlicht Das Gespräch unter einer Creative Commons-Lizenz. Lies das Original Artikel.

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